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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrachs-Drehmaschine, bei welchem eine spanende Bearbeitung eines Bauteils durch wenigstens eine, durch eine Steuervorrichtung der Mehrachs-Drehmaschine gesteuerte Relativbewegung zwischen zumindest einer Werkzeugschneide eines Schneidwerkzeugs und dem Bauteil erfolgt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Mehrachs-Drehmaschine.
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Zur spanenden Bearbeitung von Bauteilen sind aus dem Stand der Technik Bearbeitungsverfahren bekannt, bei welchen zur Erhöhung einer Bearbeitungsgenauigkeit ein Werkzeugverschleiß berücksichtigt werden kann.
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Aus der
DE 10 2012 106 139 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißzustands eines kugelkopfförmigen Fräsers einer Werkzeugmaschine zur geometrisch bestimmten Zerspanung bekannt. Um den Verschleiß einer Schneidoberfläche eines Schneidwerkzeugs zu bestimmen, ist eine optische Aufnahmeeinrichtung vorgesehen, mittels welcher ein Istzustand zumindest eines Teils der Schneidoberfläche bildgebend erfasst werden kann. Aus einem Vergleich des Istzustands mit einem Sollzustand ist eine Verschleißgröße des Werkzeugs ermittelbar.
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Die
US 2008/0091295 A1 beschreibt eine CNC-Werkzeugmaschine, welche einen Werkzeugkopf mit einem Motor und einer Spindel zum Halten eines Werkzeugs umfasst. Des Weiteren sind Mittel vorgesehen, um den Werkzeugkopf, die Spindel sowie das Werkzeug entlang eines vorbestimmten Pfades relativ zu einem Werkstück zu bewegen. Unerwünschte Abweichungen bei der Bearbeitung des Werkstücks mittels des Werkzeugkopfes können dabei in Echtzeit korrigiert werden.
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Aus der
DE 699 28 852 T2 ist eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine bekannt, welche eine mit einer Schnittgeschwindigkeit rotierbare Spindel und ein an der Spindel aufgenommenes Schneidewerkzeug umfasst. Das Schneidewerkzeug ist dabei als Schaftfräser ausgebildet. Bei der Bearbeitung eines Werkstücks werden Kompensationskoeffizienten herangezogen, um die Schnittgeschwindigkeit an ein Werkstückmaterial des Werkstücks anzupassen.
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Die
EP 1 302 829 A2 beschreibt eine numerische Steuerung zum Steuern einer Werkzeugmaschine mit einer Mehrzahl an Linearbewegungsachsen. Hierbei können vorgegebene Bewegungsbefehle zum Bewegen eines als Fräser ausgebildeten Werkzeugs in Abhängigkeit von Interpolation-Positionsdaten zur Bewegung des Werkzeugs entlang der Linearbewegungsachsen mittels einer Korrekturvorrichtung korrigiert werden.
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Aus der
US 5923560 ist ein Verfahren zum Erfassen einer Last auf verschiedene Werkzeuge beim Bearbeiten eines Werkstücks mittels einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine bekannt. Die auf das Werkzeug wirkende Last wird dabei an einer Werkzeugspindel ermittelt. Bei der Bearbeitung des Werkstücks wird ein lastabhängiger Werkzeugverschleißkoeffizient berücksichtigt, wobei für verschiedene Werkzeuge jeweils ein Werkzeugverschleißkoeffizient berücksichtigt werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Mehrachs-Drehmaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche eine von einer Bearbeitungsart eines Bauteils abhängende, einfache Korrektur von Fertigungsabweichungen ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1, sowie durch eine Mehrachs-Drehmaschine mit den Merkmalen von Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen der Mehrachs-Drehmaschine anzusehen sind.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Mehrachs-Drehmaschine erfolgt eine spanende Bearbeitung eines Bauteils durch wenigstens eine, durch eine Steuervorrichtung der Mehrachs-Drehmaschine gesteuerte Relativbewegung zwischen zumindest einer Werkzeugschneide eines Schneidwerkzeugs und dem Bauteil, wobei bei einer Linearbearbeitung, bei welcher das Bauteil unter zumindest einer, auf zumindest eine Linearachse bezogenen, relativen Linearbewegung zwischen dem Bauteil und dem Schneidwerkzeug durch die zumindest eine Werkzeugschneide bearbeitet wird, ein erster Korrekturdatensatz zur Kompensation von Linearfertigungsabweichungen beim Bearbeiten des Bauteils verwendet wird, und/oder bei einer Schwenkbearbeitung, bei welcher das Bauteil unter zumindest einer, auf zumindest eine Schwenkachse bezogenen, relativen Schwenkbewegung zwischen dem Bauteil und dem Schneidwerkzeug durch die zumindest eine Werkzeugschneide bearbeitet wird, ein zweiter, von einem Krümmungsverlauf der Werkzeugschneide abhängiger, Korrekturdatensatz zur Kompensation von Schwenkfertigungsabweichungen beim Bearbeiten des Bauteils verwendet wird, und wobei der erste Korrekturdatensatz und/oder der zweite Korrekturdatensatz jeweils wenigstens einen vorgegebenen Korrekturwert umfassen.
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Das hier beschriebene Schneidwerkzeug kann auch als Drehmeißel bezeichnet werden. Im Unterschied zu bekannten spanenden Bearbeitungsverfahren ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine von einer Bearbeitungsart eines Bauteils abhängende, einfache Korrektur von Fertigungsabweichungen. Dies kann damit begründet werden, dass der erste Korrekturdatensatz zur Kompensation von bei der Linearbearbeitung (als die Bearbeitungsart) auftretenden Linearfertigungsabweichungen und der zweite Korrekturdatensatz zur Kompensation von bei der Schwenkbearbeitung (als von der Linearbearbeitung verschiedene Bearbeitungsart) auftretenden Schwenkfertigungsabweichungen verwendet werden kann und in beiden Korrekturdatensätzen jeweils unabhängig voneinander der jeweilige Korrekturwert vorgegeben werden kann.
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Bei der Linearbearbeitung kann dementsprechend beispielsweise eine Bewegung des Schneidwerkzeugs in einer, parallel zu der zumindest einen Linearachse verlaufenden Vorschubrichtung erfolgen. Bei der Schwenkbearbeitung kann dementsprechend die Werkzeugschneide des Schneidwerkzeugs um einen veränderbaren Schwenkpunkt gedreht werden. Der Schwenkpunkt kann beispielsweise auf einer Mittelachse des zu bearbeitenden Bauteils liegen, um nur ein Beispiel zu nennen. Eine jeweilige Lage des Schwenkpunktes kann sich während der Schwenkbearbeitung auch ändern. Während der Schwenkbearbeitung kann mittels der Steuervorrichtung beispielsweise eine Ausrichtungsänderung der Schneidenkante zu dem Bauteil anhand des wenigstens einen Korrekturwertes erfolgen.
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Sowohl bei der Kompensation von Linearfertigungsabweichungen als auch bei der Kompensation von Schwenkfertigungsabweichungen kann beispielsweise eine Änderung einer dynamischen Verformung des Bauteils in Abhängigkeit von der jeweiligen Bearbeitungsart berücksichtigt werden und damit in die jeweilige Kompensation anhand der jeweiligen Korrekturdatensätze einfließen. Beim Drehen (und damit bei einem Rotieren) des Bauteils relativ zu dem Werkzeug während der spanenden Bearbeitung kann es beispielsweise zu einer Änderung einer dynamischen Verformung des Bauteils kommen. Wird hierbei beispielsweise ein Durchmesser eines Bauteilbereichs infolge des spannenden Bearbeitens verringert, so ändern sich auch an diesem Bauteilbereich wirkende Fliehkräfte. Aufgrund der Änderung der Fliehkräfte kann sich auch eine zumindest lokale Verformung des Bauteilbereichs ändern. Des Weiteren kann sowohl bei der Kompensation der Linearfertigungsabweichungen als auch bei der Kompensation der Schwenkfertigungsabweichungen beispielsweise ein Bauteildurchhang anhand der jeweiligen Korrekturdatensätze kompensiert werden. Bei dem Bauteildurchhang kann es sich um ein zumindest lokal begrenztes Durchhängen, beispielsweise eines Mittelbereichs des Bauteils gegenüber einem Einspannbereich des Bauteils handeln. An dem Einspannbereich kann das Bauteil zur Drehbearbeitung an der Mehrachs-Drehmaschine aufgenommen sein.
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Bei dem zweiten Korrekturdatensatz kann der Krümmungsverlauf der Werkzeugschneide berücksichtigt sein. Der Krümmungsverlauf kann sich dabei auf eine Schneidenkante der Werkzeugschneide beziehen. An dieser Schneidenkante kann das Schneidwerkzeug bei der spanenden Bearbeitung mit dem Bauteil in Kontakt stehen. Der zweite Korrekturdatensatz kann auch beispielsweise einen Schneidenverschleiß der Werkzeugschneide (und damit der Schneidenkante) charakterisieren. Insbesondere kann der zweite Korrekturdatensatz einen ortsabhängigen Schneidenverschleiß der Werkzeugschneide charakterisieren. Durch das Charakterisieren des ortsabhängigen Schneidenverschleißes kann beispielsweise der jeweilige Schneidenverschleiß an verschiedenen Schneidenstellen bei der Schwenkbearbeitung berücksichtigt werden. Dadurch kann auch bei erhöhtem und an verschiedenen Schneidenstellen unterschiedlichem Werkzeugverschleiß eine besonders exakte Schwenkbearbeitung des Bauteils erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Korrekturwert des zweiten Korrekturdatensatzes als auf die zumindest eine Linearachse bezogener Längenwert vorgegeben wird. Die Vorgabe als auf die Linearachse bezogener Längenwert hat den Vorteil, dass der Korrekturwert sich unmittelbar beispielsweise in Form einer Durchmesseränderung des Bauteils oder einer beispielsweise lokalen Längenänderung des Bauteils bei der Bauteilbearbeitung auswirken kann. Davon verschiedene und unerwünschte Änderungen etwaiger Abmessungen des Bauteils können bei der Schwenkbearbeitung vermieden werden. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren kann also durch die Vorgabe des Korrekturwertes des zweiten Korrekturdatensatzes als auf die Linearachse bezogener Längenwert, wirksam ausgeschlossen werden, dass bei der Schwenkbearbeitung eine unerwünschte Änderung von Bauteilabmessungen des Bauteils in einer von der Linearachse abweichenden Richtung erfolgt. Der Längenwert kann in vorteilhafter Weise ohne weitere Umrechnung - beispielsweise in ein anderes Koordinatensystem - und damit unter besonders geringem Aufwand durch eine Bedienperson vorgegeben werden. Der Längenwert kann unmittelbar einen Abstand zumindest eines Krümmungsmittelpunktes des Krümmungsverlaufs der Schneidenkante zu einem vorbestimmten Bezugspunkt charakterisieren. Der vorbestimmte Bezugspunkt kann beispielsweise einem Nullpunkt eines maschinenfesten Koordinatensystems der Mehrachs-Drehmaschine entsprechen. Bei bekannter, vorgegebener Krümmung des Krümmungsverlaufs kann anhand des vorgegebenen Längenwerts mittels der Steuervorrichtung der Mehrachs-Drehmaschine sowie in Abhängigkeit von dem zweiten Korrekturdatensatz eine besonders exakte Bearbeitung des Bauteils zumindest bei der Schwenkbearbeitung erfolgen. Aufgrund der Möglichkeit, den wenigstens einen Korrekturwert als Längenwert vorzugeben kann eine besonders intuitive und einfache Bedienung der Mehrachs-Drehmaschine durch eine Bedienperson erfolgen, wobei sowohl bei der Linearbearbeitung als auch bei der Schwenkbearbeitung ein derartiger Längenwert als der jeweilige, wenigstens eine Korrekturwert vorgegeben werden kann. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Benutzereingabe beim Vorgeben des wenigstens einen Korrekturwertes erheblich verringert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor der Schwenkbearbeitung ein Werkzeugsollverlauf, entlang welchem das Schneidwerkzeug bei der Schwenkbearbeitung zur Kompensation der Schwenkfertigungsabweichungen bewegt wird, durch eine Interpolation eines vorgegebenen Werkzeugverlaufs in Abhängigkeit von dem zweiten Korrekturdatensatz ermittelt wird. Dies ist von Vorteil, da zur Ermittlung des Werkzeugsollverlaufs lediglich eine Vorgabe des Werkzeugverlaufs und des wenigstens einen Korrekturwertes ausreichend ist. Unter dem Werkzeugverlauf ist dabei zunächst ein theoretischer Verlauf des Schneidwerkzeugs relativ zu dem zu bearbeitenden Bauteil zu verstehen, wobei etwaige Fertigungsabweichungen, wie beispielsweise dynamische Bauteilverformungen oder Bauteildurchbiegungen, bei der Vorgabe des Werkzeugverlaufs unberücksichtigt bleiben. Der Werkzeugsollverlauf kann dabei einem Verlauf entsprechen, bei welchem unter Berücksichtigung der Schwenkfertigungsabweichungen und/oder der Linearfertigungsabweichungen eine gewünschte Bauteilendkontur an dem Bauteil erzeugt werden kann. Die Bauteilendkontur entspricht dabei derjenigen Kontor, welche das Bauteil nach erfolgter, spannender Bearbeitung aufweisen soll. Nach erfolgter Vorgabe des wenigstens einen Korrekturwerts des zweiten Korrekturdatensatzes kann also auf besonders einfache Art und Weise die Interpolation des vorgegebenen Werkzeugverlaufs erfolgen und damit der Werkzeugsollverlauf ermittelt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Linearbearbeitung und die Schwenkbearbeitung in einer gemeinsamen Bearbeitungsebene der Mehrachs-Drehmaschine durchgeführt werden. Dieses von Vorteil, da somit ein besonders geringer Aufwand zur Relativbewegung zwischen dem Bauteil und dem Schneidwerkzeug bei der Linearbearbeitung und/oder bei der Schwenkbearbeitung erforderlich ist. Durch die Bewegung in einer gemeinsamen Bearbeitungsebene können etwaige Bearbeitungstoleranzen, welche sich infolge der Relativbewegung zwischen dem Schneidwerkzeug und dem zu bearbeitenden Bauteil ergeben können, auf ein Minimum reduziert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden der erste Korrekturdatensatz und/oder der zweite Korrekturdatensatz vor der Bearbeitung des Bauteils in Abhängigkeit von einem Schneidenverschleiß der zumindest einen Werkzeugschneide ermittelt. Dies ist von Vorteil, da durch die Berücksichtigung des Schneidenverschleißes auch nach dauerhafter Verwendung desselben Schneidwerkzeugs eine hohe Bearbeitungsqualität bei der spanenden Bearbeitung des Bauteils erzielt werden kann ohne dass ein häufiges Austauschen des Schneidwerkzeugs erforderlich wäre. Dadurch kann insbesondere eine Einsatzzeit (Einsatzdauer des Schneidwerkzeugs bis ein Werkzeugaustausch erforderlich wird) des Schneidwerkzeugs verlängert werden wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung charakterisiert der zweite Korrekturdatensatz den Schneidenverschleiß an wenigstens zwei Schneidenstellen der Werkzeugschneide in Abhängigkeit von wenigstens einer vorangegangenen Schwenkbearbeitung eines Drehbauteils mit dem Schneidwerkzeug. Dies ist von Vorteil, da die wenigstens zwei Schneidenstellen als Stützstellen zum ortsabhängigen (an verschiedenen Stellen der Werkzeugschneide) Ermitteln des Schneidenverschleißes herangezogen werden können und damit eine zumindest näherungsweise Zustandsbewertung der gesamten Werkzeugschneide möglich ist. Hierbei kann berücksichtigt werden, wie lange das Schneidwerkzeug zur vorangegangenen Schwenkbearbeitung des Drehbauteils zur spanenden Bearbeitung in Verwendung war und aus welchem Werkstoff das Drehbauteil gebildet war, um nur einige Beispiele zu nennen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung charakterisiert der zweite Korrekturdatensatz den Schneidenverschleiß an zumindest einer der Schneidenstellen in Abhängigkeit von einer Kontaktdauer der zumindest einen Schneidenstelle mit dem Drehbauteil bei der vorangegangenen Schwenkbearbeitung. Dies ist von Vorteil, da die Kontaktdauer eine besonders aussagekräftige Größe zur Ermittlung des Schneidenverschleißes darstellt. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite Korrekturdatensatz den Schneidenverschleiß an der zumindest einen Schneidenstelle in Abhängigkeit von wenigstens einer Kontaktkraft zwischen der Werkzeugschneide und dem Drehbauteil charakterisieren. Durch die Verwendung der Kontaktkraft und der Kontaktdauer kann eine besonders genaue Aussage über den Schneidenverschleiß an der Schneidenstelle getroffen werden. Es ist prinzipiell klar, dass nicht nur die Bearbeitung eines einzelnen Drehbauteils sondern auch die Bearbeitung mehrerer Drehbauteile in die Bewertung des Schneidenverschleißes einfließen können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung rotiert das Bauteil bei der spanenden Bearbeitung relativ zu dem Schneidwerkzeug und um zumindest eine Rotationsachse und der erste und/oder der zweite Korrekturdatensatz charakterisiert zumindest eine Bauteilverformung des Bauteils in Abhängigkeit von einer Rotationsgeschwindigkeit des Bauteils. Die Berücksichtigung der Rotationsgeschwindigkeit des Bauteils ermöglicht eine besonders exakte Bewertung der Bauteilverformung, wodurch auch etwaige Fertigungstoleranzen durch die Berücksichtigung der Rotationsgeschwindigkeit verringert werden können. Eine besonders exakte Fertigung ist allgemein dadurch möglich, dass beispielsweise der Steuervorrichtung ein Finite-Elemente-Modell (FEM-Modell) des zu bearbeitenden Bauteils als FEM-Datensatz vorgegeben wird, wobei der FEM-Datensatz eine etwaige Bauteilverformung des Bauteils bei bestimmten Rotationsgeschwindigkeiten charakterisiert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bleibt bei der Linearbearbeitung der zweite Korrekturdatensatz und bei der Schwenkbearbeitung der erste Korrekturdatensatz unberücksichtigt. Dies ist von Vorteil, da ich hierdurch unerwünschte Einflüsse durch den jeweils anderen Korrekturdatensatz besonders wirksam ausgeschlossen werden können.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Mehrachs-Drehmaschine, welche zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgestellten Merkmale sowie deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Mehrachs-Drehmaschine.
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Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für die Werkzeugmaschine. Die Steuervorrichtung weist eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematische Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1a eine schematische Darstellung einer Mehrachs-Drehmaschine, welche eine Steuervorrichtung aufweist und an welcher ein als Drehmeißel ausgebildetes Schneidwerkzeug in einer ersten Schneidenlage aufgenommen ist;
- 1b eine schematische Darstellung des Schneidwerkzeugs in einer zweiten Schneidenlage, wobei das Schneidwerkzeug mit einer Werkzeugschneide zur Nachbearbeitung relativ zu einem Bauteil ausgerichtet ist;
- 2a eine Korrektur von Bauteilabmessungen des Bauteils parallel zu einer maschinenfesten, ersten Koordinatenachse der Mehrachs-Drehmaschine bei einer Linearbearbeitung des Bauteils, wobei die Korrektur der Bauteilabmessungen mittels eines ersten Korrekturdatensatzes erfolgt;
- 2b eine Korrektur von Bauteilabmessungen des Bauteils parallel zu einer maschinenfesten, zweiten Koordinatenachse der Mehrachs-Drehmaschine bei der Linearbearbeitung des Bauteils, wobei die Korrektur der Bauteilabmessungen mittels des ersten Korrekturdatensatzes erfolgt;
- 3a eine schematische Darstellung des Schneidwerkzeugs in einer dritten Schneidenlage zur Schwenkbearbeitung des Bauteils, wobei jeweilige Abstände eines Krümmungsmittelpunktes eines Krümmungsverlaufs der Werkzeugschneide zu einem Nullpunkt eines maschinenfesten Koordinatensystems als jeweilige Längenwerte durch einen zweiten Korrekturdatensatz vorgegeben sind;
- 3b eine Änderung einer Ausrichtung des Schneidwerkzeugs relativ zu dem maschinenfesten Koordinatensystem infolge der Schwenkbearbeitung, wobei durch einen vorgegebenen, zweiten Korrekturwert eine Bauteilkorrektur des Bauteils in zu einer maschinenfesten Koordinatenachse parallelen Richtung vorgenommen wird;
- 4a eine schematische Darstellung der Schwenkbearbeitung ohne Berücksichtigung des zweiten Korrekturdatensatzes; und
- 4b eine schematische Darstellung der Schwenkbearbeitung unter Berücksichtigung des zweiten Korrekturdatensatzes.
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1a zeigt in einer schematischen Darstellung eine für die Erfindung beispielhafte Ausführungsform einer Mehrachs-Drehmaschine 10, mittels welcher ein Verfahren zum Betreiben der Mehrachs-Drehmaschine 10 durchführbar ist. Bei diesem Verfahren kann eine spanende Bearbeitung eines - beispielsweise in 1b dargestellten - Bauteils 12 erfolgen. Die Bearbeitung des Bauteils 12 kann dabei durch wenigstens eine, durch eine Steuervorrichtung 11 der Mehrachs-Drehmaschine 10 gesteuerte Relativbewegung zwischen zumindest einer Werkzeugschneide 32 eines Schneidwerkzeugs 30 und dem Bauteil 12 erfolgen.
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Bei dem Verfahren kann eine Linearbearbeitung und zusätzlich oder alternativ eine Schwenkbearbeitung des Bauteils 12 erfolgen.
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Bei der Linearbearbeitung kann das Bauteil 12 unter zumindest einer, auf zumindest eine Linearachse X, Z bezogenen, relativen Linearbewegung QLin, LLin zwischen dem Bauteil 12 und dem Schneidwerkzeug 30 durch die zumindest eine Werkzeugschneide 32 bearbeitet werden. Hierbei wird vorliegend ein erster Korrekturdatensatz 14 zur Kompensation von Linearfertigungsabweichungen beim Bearbeiten des Bauteils 12 verwendet. Die Linearachsen X, Z sind vorliegend exemplarisch in 3a und 3b dargestellt. Bei den Linearachse in X, Z handelt es sich vorliegend jeweils um Maschinenfeste Koordinatenachse in eines maschinenfesten Koordinatensystems KoMf der Mehrachs-Drehmaschine 10.
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Bei der Schwenkbearbeitung kann das Bauteil 12 unter zumindest einer, auf zumindest eine, in 1a, 4a und 4b dargestellte Schwenkachse B bezogenen, relativen Schwenkbewegung BSch zwischen dem Bauteil 12 und dem Schneidwerkzeug 30 durch die zumindest eine Werkzeugschneide 32 bearbeitet werden. Die Schwenkbewegung BSch ist in 3b, in 4a und in 4b gezeigt. Zudem ist in 4a und 4b eine Rotationsachse R gezeigt.
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Das Bauteil 12 kann bei der spanenden Bearbeitung relativ zu dem Schneidwerkzeug 30 und um zumindest diese Rotationsachse R rotiert werden, und der erste Korrekturdatensatz 14 und zusätzlich oder alternativ ein zweiter Korrekturdatensatz 16 können zumindest eine Bauteilverformung des Bauteils 12 in Abhängigkeit von einer Rotationsgeschwindigkeit des Bauteils 12 charakterisieren.
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Die Linearbearbeitung und die Schwenkbearbeitung können wie in den vorliegenden Beispielen gezeigt ist, in einer gemeinsamen Bearbeitungsebene der Mehrachs-Drehmaschine 10 durchgeführt werden.
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Bei der Schwenkbearbeitung wird der zweite, von einem Krümmungsverlauf 36 der Werkzeugschneide 32 abhängige, Korrekturdatensatz 16 zur Kompensation von Schwenkfertigungsabweichungen beim Bearbeiten des Bauteils 12 verwendet.
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Bei der Linearbearbeitung bleibt der zweite Korrekturdatensatz 16 und bei der Schwenkbearbeitung der erste Korrekturdatensatz 14 unberücksichtigt.
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Die jeweiligen Korrekturdatensätze 14, 16 können auch als „Verschleißspeicher“ bezeichnet werden und sind vorliegend in der Steuervorrichtung 11 hinterlegt. Der erste Korrekturdatensatz 14 und der zweite Korrekturdatensatz 16 umfassen dabei jeweils wenigstens einen vorgegebenen Korrekturwert 15, 17.
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1a und 1b zeigen das Schneidwerkzeug 30, welches vorliegend als Drehmeißel ausgestaltet ist jeweils in jeweils unterschiedlichen Schneidenlagen 50, 52. In der in 1a gezeigten, ersten Schneidenlage 50 zeigt die Werkzeugschneide 32 in eine, einer werkzeugfesten Koordinatenachse Q entgegengesetzten Richtung. Zudem ist die Werkzeugschneide 32 in 1a in Richtung einer weiteren Werkzeugfeste Koordinatenachse L orientiert. Die werkzeugfeste Koordinatenachse in L, Q gehören dabei zu einem werkzeugfesten Koordinatensystem KoWf des Schneidwerkzeugs 30. Ein Abstand des Krümmungsverlaufs 36 von einem Nullpunkt 0-Wf des werkzeugfesten Koordinatensystems KoWf ist, wie in 1a gezeigt ist, durch jeweilige Längenwerte L1 bzw. Q1 vorgegeben.
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1b zeigt das Schneidwerkzeug 30 bei der Drehbearbeitung des Bauteils 12, wobei sich das Bauteil 12 in dessen Aufnahme (Einspannung) an der Mehrachs-Drehmaschine 10 um eine Rotationsachse R dreht. Das Schneidwerkzeug 30 ist dabei beispielhaft in der zweiten Schneidenlage 52 ausgerichtet. Die Werkzeugschneide 32 ist in der zweiten Schneidenlage 52 hier lediglich beispielhaft in jeweils positiver Richtung der jeweiligen werkzeugfesten Koordinatenachsen L, Q orientiert. Mittels des Schneidwerkzeugs 30 können hierbei im Rahmen der Linearbearbeitung jeweilige Korrekturen Korr1, Korr2 durchgeführt werden, wobei die Korrektur Korrl des Bauteils 12 unmittelbar durch eine lineare Bewegung LLin des Schneidwerkzeugs 30 parallel zur werkzeugfesten Koordinatenachse L und die Korrektur Korr2 des Bauteils 12 unmittelbar durch eine weitere lineare Bewegung QLin des Schneidwerkzeugs 30 parallel zur werkzeugfesten Koordinatenachse Q erfolgen kann. Bei den Korrekturen Korr1, bzw. Korr2 kann es sich um manuelle Eingriffe durch eine Bedienperson handeln, durch welche Linearfertigungsabweichungen beim Bearbeiten des Bauteils 12 korrigiert werden können.
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2a und 2b zeigen hierzu nochmals die Korrekturen Korr1 (siehe 2a) und Korr2 (siehe 2b) beim sogenannten 2-Achs-Drehen hierbei ist die Achse L parallel zu der maschinenfesten Koordinatenachse X und die Achse Q parallel zu der maschinenfesten Koordinatenachse Z orientiert. Dadurch wirken sich die in 2a vorgenommenen Korrekturen Korr1 beispielsweise nur auf den Durchmesser des Bauteils 12 aus, wohingegen sich die gemäß 2b vorgenommenen Korrekturen Korr2 ausschließlich auf die Länge des Bauteils 12 auswirken.
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3a zeigt das Schneidwerkzeug 30 in einer zur Schwenkbearbeitung erforderlichen, weiteren Schneidenlage 54. In der Schneidenlage 54 weist ein Krümmungsmittelpunkt 34 des Krümmungsverlaufs 36 der Werkzeugschneide 32 einen zu der maschinenfesten Koordinatenachse X parallel orientierten Abstand X1 zu einem Nullpunkt 0-Mf des maschinenfesten Koordinatensystems KoMf auf. Des Weiteren weist der Krümmungsmittelpunkt 34 in der Schneidenlage 54 einen zu der maschinenfesten Koordinatenachse Z parallel orientierten Abstand Z1 zu dem Nullpunkt 0-Mf auf.
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Wird nun das Schneidwerkzeug 30 - wie in 3b exemplarisch gezeigt ist - im Rahmen der Schwenkbearbeitung relativ zu dem maschinenfesten Koordinatensystem KoMf der Mehrachs-Drehmaschine 10 entsprechend der Schwenkbewegung BSch verschwenkt, so kann dennoch durch Vorgabe des Korrekturwertes 17 des zweiten Korrekturdatensatzes 16 als auf die Linearachse X bezogener Längenwert eine Korrektur des Bauteils 12 ausschließlich beispielsweise in einer Durchmesserrichtung (hier Z-Achse) vorgenommen werden, ohne dass es zu jeweiligen, in 4a gezeigten unerwünschten Korrekturen KorrX der Bauteilkontur des Bauteils 12 in von der Z-Achse verschiedener Orientierungsrichtung kommt. Ebenso kann durch Vorgabe des Korrekturwertes 15 eine Längenänderung des Bauteils 12 bewirkt werden, ohne dass es zu den unerwünschten Korrekturen KorrX der Bauteilkontur des Bauteils 12 in von der X-Achse verschiedener Orientierung kommt. Somit kann durch die Vorgabe des Korrekturwertes 17 durch eine Bedienperson eine besonders intuitive Korrektur beispielsweise der Schwenkfertigungsabweichungen auch beim Verschwenken um die Schwenkachse B erfolgen, ohne dass dabei eine unerwünschte spanende Bearbeitung (beispielsweise in Form der unerwünschten Korrekturen KorrX) durchgeführt wird. Wie in 4b gezeigt ist, kann durch die Vorgabe des Korrekturwertes 17 des zweiten Korrekturdatensatzes 16 als auf die zumindest eine Linearachse X bezogener Längenwert auch bei der Schwenkbewegung BSch eine Bearbeitung ausschließlich entsprechend einer Korrektur Korr3, welche vorliegend parallel zur maschinenfesten Z-Achse orientiert ist, erfolgen.
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Vor der Schwenkbearbeitung wird durch die Steuervorrichtung 11 ein Werkzeugsollverlauf WSoll, entlang welchem das Schneidwerkzeug 30 bei der Schwenkbearbeitung zur Kompensation der Schwenkfertigungsabweichungen bewegt wird durch eine Interpolation eines vorgegebenen Werkzeugverlaufs in Abhängigkeit von dem zweiten Korrekturdatensatz 16 ermittelt.
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Vor der Bearbeitung des Bauteils 12 können allgemein der erste Korrekturdatensatz 14 und zusätzlich oder alternativ der zweite Korrekturdatensatz 16 in Abhängigkeit von einem Schneidenverschleiß der zumindest einen Werkzeugschneide 32 ermittelt werden. Der zweite Korrekturdatensatz 16 kann zudem den Schneidenverschleiß an wenigstens zwei Schneidenstellen 38,40 der Werkzeugschneide 32 in Abhängigkeit von wenigstens einer vorangegangenen Schwenkbearbeitung eines hier nicht weiter dargestellten Drehbauteils mit dem Schneidwerkzeug 30 charakterisieren. Zudem kann der zweite Korrekturdatensatz 16 den Schneidenverschleiß an zumindest einer der Schneidenstellen 38,40 in Abhängigkeit von einer Kontaktdauer der zumindest einen Schneidenstelle 38,40 mit dem Drehbauteil bei der vorangegangenen Schwenkbearbeitung charakterisieren.
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Drehwerkzeuge, wie das vorliegend beschriebene Schneidwerkzeug 30 sind durch die jeweilige Schneidenlage 50, 52, 54 sowie durch deren Geometrielänge in Bezug auf die werkzeugfeste Koordinatenachse in Q, L definiert. Diese Geometrielängen beziehen sich auf einen Bezugspunkt an einem Werkzeugträger der Mehrachs-Drehmaschine 10. Etwaige durch eine Bedienperson vorgenommene Längeneinstellungen können in Referenz auf diesen Bezugspunkt (hier: Nullpunkt 0-Wf) durch die Steuervorrichtung 11 in eine entsprechende Korrekturbewegung des Schneidwerkzeugs 30 relativ zu dem Bauteil 12 umgesetzt werden. Die jeweilige Schneidenlage 50, 52, 54 beschreibt eine Anstellung des Schneidwerkzeugs 30 relativ zum Bauteil 12. Bei einem 2-Achs-Drehvorgang bewirkt eine Längenänderung entlang der Koordinatenachse Q eine Durchmesseränderung des Bauteils 12, wobei der Durchmesser vorliegend auf die Maschinenfeste Koordinatenachse X bezogen ist. Eine Längenänderung entlang der Koordinatenachse L bewirkt beim 2-Achs-Drehvorgang eine Längenänderung entlang der maschinenfesten Koordinatenachse Z. Entspricht die gefertigte Kontur des Bauteils 12 nicht einer gewünschten Sollkontur (beispielsweise aufgrund von Abtrennung, Schneidplattenverschleiß oder Bauteilverzug) so kann diese Abweichung anhand so genannter Verschleißwerte durch den ersten Korrekturdatensatz 14 korrigiert werden. Eine Bedienperson kann hier achsparallel durch inkrementelles Korrigieren beispielsweise an einem Bedienpult der Mehrachs-Drehmaschine 10 eingreifen und so die Maße des zu fertigenden Bauteils 12 beeinflussen.
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Um längere Werkzeugstandzeiten zu erzielen und eine Anzahl an Werkzeughaltern zu reduzieren, kann durch Einbeziehen der Schwenkbearbeitung ein sogenannter 3-Achs-Drehvorgang erfolgen. Dabei kann eine interpolierte Bewegung des Schneidwerkzeugs 30 erfolgen. Bei diesem 3-Achs-Drehvorgang wird vorliegend das Schneidwerkzeug 30 in dessen dritter Schneidenlage 54 definiert, wodurch ein Korrigieren einzelner Korrekturbereiche des Bauteils 12 entlang einer Achse ähnlich dem 2-Achs-Drehvorgang nur unter Heranziehen des zweiten Korrekturdatensatzes 16 zu einer gezielten Längenänderung bzw. Durchmesseränderung ähnlich dem 2-Achs-Drehvorgang führt. Ohne eine Berücksichtigung des zweiten Korrekturdatensatzes 16 würde es zu den beschriebenen, unerwünschten Korrekturen KorrX und damit zu einem Generieren von Ausschuss kommen. Ein ähnlicher Effekt würde bei einer Veränderung eines Krümmungsradius des Krümmungsverlaufs 36 eintreten.
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Durch den zweiten Korrekturdatensatz 16 kann eine Werkzeugverwaltung der Mehrachs-Drehmaschine 10 um zusätzliche schneidenbezogene Parameter (aufgrund der Abhängigkeit des zweiten Korrekturdatensatzes 16 von dem Krümmungsverlauf 36) erweitert werden. Der zweite Korrekturdatensatz 16 stellt dabei einen separaten, neuen Korrekturdatensatz für die Schwenkbearbeitung, also die Drehbearbeitung unter der Schwenkbewegung BSch dar. Der erste Korrekturdatensatz 14 bleibt dabei erhalten. Bei einem Neustart der Mehrachs-Drehmaschine 10 bzw. der Steuervorrichtung 11 werden zuvor eingegebene Korrekturwerte 15,17 automatisch wieder deaktiviert. Bei einem Neustart der mit der Steuervorrichtung 11 über eine numerische Steuerung verfügenden Mehrachs-Drehmaschine 10 kann durch Satzsuchläufe eine zuvor gestartete Schwenkbearbeitung automatisch wieder aktiviert werden.
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Für eine Bedienperson ergibt sich somit kein Unterschied beim Eingriff über eine inkrementelles Werkzeugkorrektur beispielsweise an dem Bedienpult zwischen dem 2-Achs-Drehvorgang und dem 3-Achs-Drehvorgang.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Mehrachs-Drehmaschine
- 11
- Steuervorrichtung
- 12
- Bauteil
- 14
- erster Korrekturdatensatz
- 15
- erster Korrekturwert
- 16
- zweiter Korrekturdatensatz
- 17
- zweiter Korrekturwert
- 30
- Schneidwerkzeug
- 32
- Werkzeug schneide
- 34
- Krümmungsmittelpunkt
- 36
- Krümmungsverlauf
- 38
- erste Schneidenstelle
- 40
- zweite Schneidenstelle
- 50
- erste Schneidenlage
- 52
- zweite Schneidenlage
- 54
- dritte Schneidenlage
- B
- Schwenkachse
- BSch
- Schwenkbewegung
- Korr1
- Korrektur
- Korr2
- Korrektur
- Korr3
- Korrektur
- KorrX
- unerwünschte Korrektur
- KoWf
- werkzeugfestes Koordinatensystem
- L
- werkzeugfeste Koordinatenachse
- L1
- Längenwert
- LLin
- Linearbewegung
- Q
- werkzeugfeste Koordinatenachse
- Q1
- Längenwert
- QLin
- Linearbewegung
- 0-Wf
- Nullpunkt des werkzeugfesten Koordinatensystems
- R
- Rotationsachse
- KoMf
- maschinenfestes Koordinatensystem
- WSoll
- Werkzeugsollverlauf
- X
- maschinenfeste Koordinatenachse
- Z
- maschinenfeste Koordinatenachse
- 0-Mf
- Nullpunkt des maschinenfesten Koordinatensystems
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012106139 A1 [0003]
- US 2008/0091295 A1 [0004]
- DE 69928852 T2 [0005]
- EP 1302829 A2 [0006]
- US 5923560 [0007]
